3. Organisation anatomique du cortex cérébral du primate Les voies visuelles dorsale et ventrale Subdivisions Les connexions pariéto-frontales Les boucles cortico-sous corticales Ganglions de la base Cervelet

Les voies visuelles V1 Lobe pariétal Lobe frontal Lobe occipital PMd Voie dorsale : vision pour l’action M1 SPL DLPf VLPf IPL PMv V1 Lobe occipital Voie ventrale : vision pour la perception Lobe temporal

Le cortex pariétal et le cortex frontal Des régions anatomiquement et fonctionnellement hétérogènes. La caractérisation des aires repose essentiellement sur les propriétés des réponses neuronales. SMA (F3) PMd F2 M1 (F1) Pf PMv(F4/F5)

Les connexions pariéto-frontales Spécificité des connexions pariéto-frontales

Neuroanatomie transport M1 MIP PMdc PMdr LIP VIP 7a 7b AIP PMvc PMvr saisie

Le système fronto-striatal n. caudé SNc Putamen SNr GPe Thalamus GPi n. subthal.

4. La préhension le modèle des canaux visuo-moteurs Psychophysique, Neuroanatomie, neurophysiologie et Pathologie humaine Le transport: se caractérise par la vitesse du poignet La saisie par l’ouverture et fermeture de la pince

Psychophysique Les canaux sont-ils indépendants ? Changement de position affecte la saisie Conclusion, les canaux intéragissent

neurophysiologie PMdr PMdc PMvr MIP LIP 7a 7b VIP AIP M1 PMvc

Rizzolatti et al. (voir Jeannerod et al. 1995) Codage de la saisie: Exemple de neurone du prémoteur ventral Rizzolatti et al. (voir Jeannerod et al. 1995)

lumière obscurité fixation Codage de la saisie: exemple de neurone de l’aire AIP lumière obscurité fixation Sakata et al. (voir Jeannerod et al. 1995)

direction par rapport à l’épaule Codage de la direction du mouvement: Exemple de potocole expérimental Mouvement dans la même direction par rapport à l’épaule

Codage de la direction du mouvement: Exemple de neurone du prémoteur dorsal

Préférence directionnelle d’une cellule de M1 Cette diapo résume l’activité d’un neurone enregistré dans le cortex moteur primaire lorsqu’un singe exécute des mouvements du bras vers huit cibles visuelles différentes, organisées en cercle. Les mouvements sont effectués depuis le centre vers les 8 cibles organisées autour Chaque ensemble de points, appelé rasters, regroupe 5 mouvements dirigés vers un même cible. Chaque ligne, un essai au long duquel le singe maintient sa main au milieu, attend qu’une cible s’allume et fait un mouvement vers celle-ci. Chaque point au long de l’essai correspond à l’occurrence d’un PA Tous les essais sont alignés sur le début du mouvement. Ce neurone décharge avant et pendant l’exécution du mouvement si la cible est à gauche du point de départ A l’inverse, si la cible est à droite, le neurone est inhibé. Cellule directionnelle enregistrée dans M1 (Georgopoulos, 1982)

Courbe d’accord d’une cellule de M1 Si on représente la position de la cible sur l’axe des abscisses et la décharge du neurone sur l’axe des ordonnées, on obtient un profil en cloche qui ressemble beaucoup à une sinusoïde. Le maximum de cette sinusoïde correspond à la direction préférée du neurone. Le repère utilisé par ce neurone, d’après la conception courante, est centré sur le point de départ du mouvement, et donc, sur l’épaule ou sur la main et ne serait pas dépendre de la position de l’œil dans l’orbite. La première partie de notre étude vise à tester cette proposition. Nous chercherons donc à savoir si la position de l’œil dans l’orbite a un effet sur le profil de décharge des neurones moteurs et prémoteurs. Courbe d’accord et préférence directionnelle d’une cellule de M1 (Georgopoulos, 1982).

5. De voir à agir: le problème de la dissociation des processus neuronaux Un geste simple, des processus neuronaux complexes: Attention Motivation Mémoire Traitement sensoriel Codage du movement - Quels paramètres? … Problème de la dissociation

Que codent les neurones Que codent les neurones? Corréler l’activité neuronale avec un (des) événement(s) particulier(s) Neurophysiologie Neuroimagerie

Approche contrôllée: stratégies expérimentales Tâche avec réponse différée Autres stratégies: Stimulus sans action Indices attentionnels Découplage spatial entre stimulus et réponse motrice Vision et non vision de la cible Stimuli de modalités différentes (peu courant)

Dissociation des réponses sensorielle et motrice Exemple: neurones de l’aire AIP Commentaires: Le neurone répond à la vue du stimulus et sa manipulation dans les conditions de lumière et d’obscurité, mais pas en fixation: moteur. Le neurone répond surtout en condition de lumière: visuo-moteur Idem, mais ne répond pas en fixation: neurone visuo-moteur. Le neurone ne répond pas en condition obscurité: visuel Sakata et al. (voir Jeannerod et al. 1995)

Relation entre activité préparatoire et direction du mouvement L’activité du neurone change avec la direction du mouvement, mais est-ce tout?

Découplage spatial entre stimulus et action -1

Découplage spatial entre stimulus et action: Exemple de neurone du cortex PMd

Dissocier le sensoriel du moteur: autres protocoles

Neurone codant plusieurs paramètres du mouvement: dans quel ordre ? Protocole

Neurone codant plusieurs paramètres du mouvement: dans quel ordre ? Protocole

Les réseaux corticaux de l’attention IRM fonctionnelle chez l’homme

Attention vs. intention A/M Préparation

Dissocier l’attention du codage sensoriel et moteur (SAM) Delay attention/memory Instruction (MIC) Execution preparation

Traitement sensoriel vs. moteur même stimulus, actions différentes

Traitement sensoriel vs. moteur Different stimuli, une même action

Exemples de neurones Selective attention Motor preparation Center of gaze SAM MIC GO Imp./s 1 s SAM MIC GO

Exemple de propriétés complexes + SAM MIC

Différences entre structures cérébrales % neurones Attention/mémoire Moteur

Neurones codant les associations stimulus-réponse Codage du stimulus 35 Codage du Movement 35 (sp/s) SAM MIC GO SAM MIC GO

Subdivisions rostrale et caudale de PMd chez le singe PMdr M1 Pf PMdc 20 40 60 80 100 Rostral Interm. Caudal % neurones A = P P > A A > P

Rostral versus caudal divisions of PMd in humans SAMP task Task Control SAM 0.5 sec Delay 1.25-2.0 sec SAM 0.5 sec Delay 1.25-2.0 sec MIC 1.5 sec ITI 1.25-2.0 sec 4, 8, or 12 SAM stimuli Time MP task Task & Control SAM 0.25 sec Delay 0.25 sec MIC ITI 0.7 sec On Off 1.0-5.5 sec Control Task

VAC SAMP MPP SAMP * MPP Aires activées dans les deux tâches pre-SMA Z - s c o r e pre-SMA pre-SMA / cis 8 CN 2 y = 4 mm (1) y = 12 mm (8) y = 24 mm (20)

Regions selective for spatial attention and/or memory 2 6 1 5 y = -58 mm (-62) y = -34 mm (-38) y = -4 mm (-7) y = -16 mm (-19) y = -8 mm (-11) Regions selective for spatial attention and/or memory Regions selective for motor preparation post ips / PC ant ips PMd SMA / cis A?

Quelques grands défis de demain Progresser dans la compréhension des maladies du cerveau – Autisme, schizophrénie, maladie e Parkinson … Le vieillissement cognitif (Alzheimer) Relever le défi de l’handicap en général, et moteur en particulier (voir diapo suivante) Relation entre gène et fonctions cognitives

Brain–machine interfaces to restore motor function and probe neural circuits - Miguel A. L. Nicolelis

Interface cerveau - machine : un espoir pour l’handicap moteur

Comment les émotions modulent la perception et l’action?

Remarques finales Sur l’attention : rôle du préfrontal, différents types d’attention Sur la nécessité de penser les fonctions cognitives dans le cadre des nouveaux concepts: réseaux neuronaux (au lieu de localisation stricte), aspets dynamiques (traitements neuronaux dépendant de multiples paramètres contextuels …) Apport des neurosciences intégratives et cognitives à la santé publique, et à la société en général. Contact Driss Boussaoud (incm@incm.cnrs-mrs.fr)